Глава 12 фотоэлектрические датчики

§ 12.1. Назначение.

Типы фотоэлектрических датчиков

Фотоэлектрические датчики реагируют на изменение ос­вещенности. Как правило, фотоэлектрический датчик состоит из источника и приемника светового потока (ПСП). Источником све-■ тового потока может быть сам объект измерения или специальный осветитель (например, в виде обычной лампы накаливания).Опыт­ный сталевар, рассматривая через темно-синий светофильтр рас­плавленный металл, может определить «на глаз» его температуру,

необходимость внесения каких-либо добавок. По световому потоку, исходящему от раскаленного или расплавленного металла, фото­электрический пирометр автоматически измеряет температуру. В данном случае источником светового потока является сам объ­ект измерения (рис. 12.1, а).

Однако чаще используются лампы накаливания, создающие по­стоянный световой поток, а его изменение происходит под влияни­ем перемещения шторки (рис. 12.1, б), прохождения света через контролируемую среду (рис. 12.1, в), под влиянием свойств конт­ролируемого объекта, от которого отражается световой поток (рис. 12.1, г). В соответствии с этими возможными вариантами из­менения светового потокас помощью фотоэлектрических датчиков можно измерять перемещение и подсчитывать число предметов, определять уровень, прозрачность, задымленность, цвет различных материалов, оценивать качество обработанной поверхности (блеск, шероховатость, окраска). Фотоэлектрические датчики используют в оптико-электронных преобразователях различных величин. Здесь следует напомнить, что более 75% всей информации, которую по­лучает человек, воспринимается с помощью зрения. Поэтому и фо­тоэлектрические датчики, воспринимающие оптическую информа­цию, находят широкое применение. С помощью фотоэлектрических датчиков осуществляется и так называемое «техническое зрение».

В приемниках светового потока фотоэлектрических датчиков используется фотоэффект. Под фотоэффектом понимают изменение свойств материала при изменении его освещенности. Различают внешний, внутренний и вентильный фотоэффект. Внешний фотоэф­фект состоит в том, что под влиянием потока излучения электроны вылетают из катода электронной лампы и ток эмиссии зависит от освещенности катода. Внутренний фотоэффект проявляется в том, что активное сопротивление полупроводникового материала зави­сит от его освещенности. При вентильном фотоэффекте между сло­ями освещенного проводника и неосвещенного полупроводника, раз­деленных тонким изоляционным слоем, возникает ЭДС, которая зависит от освещенности. При внешнем фотоэффекте носители то­ка выходят за пределы материала, при внутреннем — остаются внутри полупроводника. Вентильный фотоэффект, строго говоря, тоже является внутренним фотоэффектом.

Все фотоэлектрические датчики являются селективными (изби­рательными), т. е. их чувствительность зависит от частоты свето­вого излучения. Иными словами, эти датчики реагируют на опре­деленный цвет: красный, зеленый, синий или другой, включая и невидимую часть спектра (инфракрасное и ультрафиолетовое из­лучения). Диапазон длин волн видимого света =0,38 0,78 мкм. Более короткие волны относятся к ультрафиолетовому диапазону, более длинные — к инфракрасному.